一九四九年，重庆郊区。
叶大龙率领一只解放军小分队进到郊区秘密执行一个特别的任务。
然而此时，一声枪响，为小分队提供情报的舒慧挡住了射向叶大龙的子弹，舒慧在收音机里播放着的歌声中合上了眼睛。她胸前的那枝梅花别针永远让叶大龙记下了。一个月后。
林南轩公寓。林南轩的遗像呈现在小女儿林莹的面前。而林莹却意外地得到了一把钥匙，她将那把钥匙偷偷藏在了烛台底部。军统特务计雨棠却在此时出现在了林公馆。她想从马副官手里得到一份特殊的材料。却未能如意。一方面计雨棠忧心重重，一方面叶大龙小分队已进入了此地。战争来到了人们身边，家康不顾一切奔到了林家二小姐的身边，爱情温暖着二小姐林雯的痛苦。
林南轩的遗体葬在了一片安静的树林间。
此时的国民党军已经和解放军部队交上了火，交战中的叶大龙遇上了勇敢的女学生彭佩芝。国民党军队却打伤了爱国学生杨学正，受伤的他嘴里一直念着林莹的名字。而女学生彭佩芝开始一直跟在叶大龙的身边。
而林公馆里，计雨棠和程怀鲁两枪相峙，对峙中林家大小姐林晶回到家中。沈超却被程怀鲁逼迫着共上墓地，欲挖墓找出真相，却被家康无意中发现。棺墓打开，却只有一双绣花鞋，不见了林南轩的人。
棺墓里发现了林太太的绣花鞋，这成了在场的所有人心里的疑。程怀鲁乱中被毙，而惠妈却把绣花鞋藏在了林雯的柜子里。林莹知道了沈超的共产党员身份。她想知道爸爸到底去了哪里。然而沈超只想让它成为林莹内心里的一段永远的历史。只有党内极少的人知道，林南轩还活着，他被保护了起来，重庆市公安局打算安排他去北京。重庆解放了，然而潜伏在城里的特务依然没有全部查清。
林南轩从沈超那里得知了夫人舒慧牺牲的消息。而舒慧的那枚胸针一直留在叶大龙的手里，他决意要找到舒慧，这成了他心里无法解开的结，然而就在叶大龙和彭佩芝讲起这段心事时，他见到了林莹。这个酷似妈妈的女孩。为了弄清林莹的身世，叶大龙跟踪林莹回家，却没有得到自己想要的答案，就在他失望而归时，一声呼叫让叶大龙闯进了林家，救下了林莹的叶大龙得到了她的信任，却依然无法走进他的内心。林莹一直在寻找着父亲的消息，她不想放弃。
可是她不知道，林南轩已经被暗中送到了北平。
此时，沈超和丁部长已经商量好，林南轩的消息被死死封锁，并且他们决定控制住名单上的潜伏特务，摸清他们潜伏的目的。林公馆改成了公安局，林莹和姐姐一起搬到了罗家巷子里的一个小房子里。那双绣花鞋依然放在林雯的包里被带了过来。
斗鸡眼带人挖出了敌人放置的生化武器，并把它带到了秦家藏好。
林莹和进步青年一起排节目，她报名参加志愿军，却因为自己特殊的身份被拒绝了，这让她难过。叶大龙抓捕任务结束，审出一个女人是原国民党高级将领的老婆，叶大龙一直不肯相信林南轩已经牺牲的消息，彭佩芝发展成为一名公安干事，正式和叶大龙一起并肩作战。公安局破译了敌人的电报，但是断续地只译出"绣花鞋，公司未果"等线索，大家开始为这段意外的收获而分析起来。就在沈超为此事焦急之时，叶大龙却从家康那里得知一些林南轩的情况，这让他寝室不安，彭佩芝来看叶大龙，却在和叶大龙的打斗中不溜神掉进了壁炉的暗道。
彭佩芝掉进地道里却无意中发现了一具面容模糊的女尸。这让叶大龙产生了怀疑，他认定是林南轩所为，沈超却无法向他直接解释清楚林南轩的为人。尸体引发了林家姐妹的伤心，他们无可遏制地想念妈妈，林雯认定了那具女尸就是妈妈的尸体。而家康也因为林雯的家景而越来越远离她。
终于林莹证实了那具尸体不是妈妈，经沈超调查。她是原保密局的一个特务，局里成立破获敌方电台专案小组，叶大龙任组长，侦破行动紧锣密鼓地展开了。
医院的停尸间里被盗。叶大龙的心一直放在林南轩事件身上，并且因为他的调查让林莹失去了参加志愿军的机会。
林雯想起了那个女尸是她见过的一个女人，女尸原来是计雨棠的老婆，叫岳小青，曾经去探访过林南轩。
林雯怀了家康的孩子，因为家康的冷淡而失意，跑去现在公安局想再看看原来的家，却被同去那里的计雨棠劫持。
林雯死在了公安局，被沈超和彭佩芝看着了，而留在家里的林莹还不知这一恶噩。
叶大龙调查了解，凶手是特别训练过的特工，这件事引起了局里的高度重视。而叶大龙却认定此事和沈超有关，因为坚持这个判断，他和丁部长产生了争执，并把他对林南轩未死的怀疑和盘托出。叶大龙的浮躁和片面的自我主张让丁部长极为气愤。
林雯的死让沈超深思，他和丁部长商量保护好林莹，并且一定设法找出那个因寻找名单而杀害了林雯的人。
林雯出事的消息终于因彭佩芝告诉了林莹，林莹的伤心可想而知。在这个世界上，她只剩下自己了，身边再没有一个亲人。邻居金美霞虽然常话说得凶巴巴的，但却是个善良的人，一直照顾着林莹姐俩。
林雯留在秦记鞋店里的那双绣花鞋被秦老板供了出来。却在那一天晚上，秦老板被人杀害在街上。
林莹因为姐姐的离去而伤心昏倒，被叶大龙救起留在自己的房间里休息，叶大龙早上去调查秦老板的案件，林莹留在叶大龙的房间里，看着叶大龙的照片，再次被叶大龙感动了。
就在林莹和沈超谈起秦老板的事情时，林莹再一次向他提起自己的父母的问题，然而叶大龙在门外偷听被沈超发现，他故意说出林南轩是国民党特务而死的话，然而心底的痛楚是无法在这个时候说出来的。就在大家忙着侦破秦老板的案件时，计雨棠来到了秦记鞋店。他偷偷拆开了那双林雯留下的绣花鞋，然而一无所获。
计雨棠决定南逃，却从斗鸡眼处知道了他们竟然有一枚炸弹藏在秦记鞋店里，计雨棠回头回到家里把那双拆得零落的绣花鞋带着，去墓地向妻子诉说着自己杀人的经历，他知道他已经暴露了自己，他是一定要离开的。
在公安局里，绣花鞋的电台信号再一次出现。计雨棠在唐娃子的住处发现了正在发电报的他，唐娃子知道岳小青是自己杀的，他几乎每天都给台湾发电报，但是没有任何回音，跟踪而来的叶大龙等人把唐娃子带回了局里。唐娃子原来一直把电台零件背在身上，假装驼背。
电台被拆穿了，重庆市公安局破获了一件大事。然而电台里所说的绣花鞋行动到底是什么行动，却依然是个谜，局里决定让林南轩回到重庆，继续他的潜伏行动。因为叶大龙的工作不成熟，丁部长决定林南轩的潜伏工作不能让他参与。
唐娃子向沈强说出了自己所知道的一切，因为沈超的一支百合香烟让唐娃子相信他是自己的人。叶大龙再一次和沈超说出自己怀疑林南轩还活着，沈超转移话题，依然不肯将真相说出来。林莹主动要求参加成渝铁路的建设，她从林雯死的悲伤中走了出来。叶大龙无法和沈超真正沟通，只好将自己的猜测说与林莹。此时，林南轩从北京回到了重庆。
叶大龙跟踪沈超接走林南轩，却没有留神接丢了人。
而计雨棠此时也扮成找活儿的街头百姓，在给人修下水管道的时候，发现了斗鸡眼说过的那筒炸弹。
与此同时，叶大龙继续追查绣花鞋事件。
回到重庆的林南轩开始跟踪无法逃身的计雨棠，发现他在墓地里藏了什么东西。得到消息的沈超在那里搜到了那筒化学武器。而斗鸡眼和同伙还不知道他们所谓的那筒炸弹早被人偷走，还为没有机会回到鞋店取回而发愁呢。叶大龙找到了林莹，说出了他怀疑自己见到的那个人就是她的父亲。并且唐娃子是潜伏在他身边的特务。
叶大龙带人跟踪斗鸡眼，同伙死了。他们的计划受到了严重破坏。然而叶大龙的擅自行动还是得到了沈超的斥责，他把那份潜伏特务的名单拿给叶大龙看，并且要叶大龙参与控制特务的行动。叶大龙的韧性让沈超和林南轩喜欢，但是他的莽撞有时还是让沈超为难。他和林南轩的每一次见面常常要因为叶大龙的跟踪而想办法躲开。因为叶大龙的原因，林南轩没有如约见到女儿，而林莹却在这时被叶大龙带走，父女擦肩而过，叶大龙偷偷派去的跟踪林南轩的人也被林南轩甩掉了。
沈超带人包围小屋，发现里面一个被害而且面目全非的尸体。从桌子上留的一封信看，应该是计雨棠。他们从现场带回了唯一的证物一双绣花鞋。这双绣花鞋经过鉴定就是放在林南轩棺材里的那双，叶大龙为此更坚定了自己的信心，决定把这件事一查到底。因为他参沈超的怀疑，使得他们俩更难以配合。
计雨棠的忽然死亡，让林南轩和沈超商量决定继续查清那筒化学武器的事情。
林莹失去了修建成渝铁路的机会，到小学校里做了老师。
局里开始秘捕潜伏特务，争取找出有利线索。叶大龙成熟了，也带出了彭佩芝这样的好徒弟，可是彭佩芝却在一天对叶大龙说出"我喜欢你"。叶大龙却喜欢上了林莹。
林南轩化装面牙医做地下活动，并且了解到台湾可能正在策划一个槟榔行动，也就是与化学武器有关的一次活动。
一次意外，丁部长被敌军击中，临终前嘱咐沈超把叶大龙接回来，保护好林南轩同志。
林莹从唐娃子那儿了解到，林南轩不是国民党员，而是共产党员，并且应该还活着，这个消息让林莹颇感意外。
唐娃终于交待了自己知道的问题，确定了的确存在绣花鞋行动。
唐娃子自杀了。这又一次导致了叶大龙对沈超的怀疑和敌意。沈超依然无法向叶大龙说清楚事情的真相。这种痛苦蔓延在两个人的内心。丁部长死了。只有林南轩和沈超配合将他们的任务完成到底。叶大龙将自己了解的情况向上级部门做了汇报。林南轩冒着生命危险工作着，还时常偷偷到她的住处看她一眼，思念只能埋在他的内心里。
罗家巷再一次出事了。在建筑工地工人们发现了一个汽油筒，现场死了不少人。经防毒专家证实，就是化学武器。林莹为了救一个投河的学生差一点被河水淹死，多亏被家长谭辛救起。没有想到，计雨棠的眼睛此时竟然出现在他们身边。 沈超等人还没有找到真正的幕后杀手，绣花鞋杀人的传闻已经传遍小城。
林南轩的身份依然没有得到证实，这无疑平添了他心头的一层忧伤。但是这并不影响他的革命斗志。
而林莹无家可归时被谭辛接到了她家，两个人相依为伴。 马副官要回重庆，沈超却接到一个匿名电话将他调离。林南轩和沈超商量和如果马亦雄副官能够说出一些有价值的东西最好。没有想到的是，马副官却在临下船时被人杀害。经目击者的描述，彭佩芝觉得像林莹的同事谭辛。而叶大龙再一次把矛头指向了沈超。沈超此时也正在和林南轩分析着为什么每一次事情的出现都与自己有关？谁将要把沈超置于死地？
马副官的死让林莹再度陷入悲伤和恐惧之中，谭辛家外，沈超和叶大龙再一次相遇，叶大龙的步步紧逼让沈超有了压力，然而沈超还是要按照原定的计划推进，不能够把一切真相都向叶大龙和盘托出。
彭佩芝决定调查谭辛是否与马副官的事有关，谭辛看到彭佩芝有些紧张。
沈超从线人阿三那里得到确切消息，敌方马上要实行一次爆炸行动。集全体人力决定打草惊蛇给敌人一个反击。阿三暴露了自己被敌人杀害，沈超带人包围了策划爆炸行动的人员，除了留下一个活口王云生，其他人都被击毙。
护送王云生的大虎二虎途中遭人暗算牺牲。敌人男扮女装，枪法很准。沈超强烈地认识到有内奸。上面派下来一位除奸高手，配合沈超尽快解决此事。
叶大龙受了伤，林莹面对前来看望的彭佩芝悄然走掉了。
叶大龙发现了走廊里的林莹，就在这时，叶大龙收到一个重要的情况。邓新荣坦白了他了解的林南轩的情况，他说这是计雨棠提供给他的情况。
林莹被学校认可了她的努力和进步，向她提出应该向党员同志靠拢，这个消息让林莹格外高兴，这说明她的家庭背景不再是可以影响她求上进的因素了。
公安局紧急出动，开始了抓捕潜伏特务的活动。行动中终于查出内奸是局里一个叫刘小萍的同志。家康从成渝铁路的建设前线回家，却时常 林南轩收到一个孩子送来的纸条，他依据纸条的指示来到了剧院，不想却看到了女儿林晶。他得知林晶这回来大陆是为了执行槟榔计划，为了女儿的安全，为了今后任务能顺利完成，他努力说服林晶去自首，林晶不愿困死在狱中，她要拼死一搏。正当林晶持枪逼迫林南轩让开时，林莹赶到，林晶趁机逃脱，林南轩让林莹报案，捉拿林晶。
林晶在逃脱途中，开枪打伤了秦家康。林南轩刚把林晶的枪劝下，叶大龙等人便包围了林晶，彭佩芝不知林晶手中已无武器，紧张之下，开枪将林晶击毙。
叶大龙找秦家康了解事发当天的情况，不想却毫无结果。狡猾的计雨棠知道众人已经不再 计雨棠寻找机会向林南轩下手，正当计雨棠准备向林南轩开枪时，被大宝发现，计雨棠慌忙逃窜，为保护林莹，秦家康被驾车逃跑的计雨棠撞倒。计雨棠与陶大海会面。沈超来打林南轩，被叶大龙跟踪。
沈超和林南轩商议计划时，叶大龙闯进。此时的叶大龙，对站在他面前的两位老共产党员产生了深深的敬意。
金姐有意撮合秦家康和林莹，但秦家康的病情越来越严重，他不想拖累林莹，他让林莹不要再来探望他。
深夜，重庆的上空空降了两个台湾兵，他们和陶大海、计雨棠迅速取得了联系，准备实施毁灭重庆的计划。海外科学家严修良要来重庆，巴东公安局肩负着保卫工作。为了能出色地完成任务，黄副局长示意叶大龙去请教沈超。沈超和林南轩决定帮助叶大龙完成这次任务。
当严修良去参观南平小学时，严修良遇到了老同学金姐，并请金姐晚上去川剧院看戏。川剧院地形复杂，陶大海等人选定在此下手。
在沈超和林南轩等人的紧密部署之下，他们击毙了特务，出色地完成了这次保卫任务。
医院探望秦家康时，听到了秦家康和大夫的谈话，她得知秦家康得了肺癌将不久于人世。秦家康告诉林莹，他为他以前的行为懊悔，他想有机会弥补过失，并告诉林莹他深爱着林莹已故的二姐，林莹十分感动。
为了迷惑台湾方面，重庆贴满了林南轩的通缉令。计雨棠带着谭辛逃生，可他失去了台湾方面的信任，已走投无路。
林莹被计雨棠绑架，在计雨棠的口中，林莹确定了父亲的真实身份，她为父亲自豪。叶大龙等人开始积极营救林莹。林莹被安全救出，而此时躲在岸上的计雨棠正欲向林莹开枪射击时，被彭佩芝发现，彭佩芝为保护林莹，不幸牺牲。
林莹在彭佩芝遗留下的项链中，发现了母亲的照片。
在沈超的帮助下，林南轩父女重逢，林南轩从林莹口中得知绣花鞋被谭辛修补过，他意识到鞋中可能藏着化学武器的地图，沈超迅速赶往吊脚楼去取绣花鞋，而此时，计雨棠也正在赶往吊脚楼。
当沈超从谭辛手中拿到了绣花鞋时，被藏在外面的计雨棠开枪连打数枪，生命垂危。叶大龙赶到时，沈超的手中还死死地攥着绣花鞋。
悲痛的叶大医院，可违时已晚，沈超牺牲了。林南轩闻知沈超的噩耗后，医院。林南轩从沈超的手中取下了，众人都拿不下的绣花鞋。叶大龙他们在绣花鞋中发现了，藏有化学武器的地图，可地图上只画了八颗武器所藏的位置。
林南轩料定谭辛会回来取护照，他决定让林莹去劝说谭辛。
计雨棠派一个孩子给林南轩送信，他约林南轩在快雪堂见面，林南轩将这个消息通知了叶大龙。
林南轩和计雨棠会面后，林南轩劝计雨棠自首。
谭辛回来取护照，谭辛从林莹口中得知了计雨棠的想毁灭重庆的计划，在危急关头，谭辛赶到快雪堂劝说计雨棠自首。此时，林南轩在和计雨棠谈话中，已判断出第九颗炸弹藏在过去的秦记鞋店。叶大龙会意了林南轩的意思，成功地排除了第九枚炸弹。计雨棠自杀身亡。
林莹调到公安局工作，林莹、林南轩、叶大龙来到墓地看望已故的亲人朋友。
林莹和叶大龙一同来到了海边。